NO144581B - Skipstank for lagring og transport av fluider under trykk - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse vedrører en skipstank for lagring og transport av fluider under trykk, og som har en bunnvegg, en toppvegg og sidevegger bestående av like store parallelle segmenter med utad konveks, delsylindrisk form og endevegger bestående av like store konvekse veggelementer og med et indre rammeverk av bindeplater som skjærer hverandre vinkelrett og forbinder motsatte veggers segmentskjøter, hvor skjøtene mellom bunnsegmentene og rammeverket er dannet ved bunninnsatser med et tverrsnitt som har vertikale topp- og bunnarmer og nedad hellende sidearmer, og skjø-tene mellom toppveggsegmentene og rammeverket er dannet ved toppinnsatser med et tverrsnitt med vertikale bunnarmer og oppad hellende sidearmer, og hvor bunnstøtter er anordnet med øvre partier som er i inngrep med bunninnsatsenes bunnarmer.

For slike skipstanker må det være anordnet støttesy-stemer i skipsskroget som opptar den vertikale belastning og hol-der tanken fast mot forskyvninger i lengderetningen og tverretningen innenfor skroget som følge av skipets bevegelse, men som tillater at tanken kan trekke seg sammen eller utvide seg som føl-ge av temperaturvariasjoner som skyldes den flytende lasts til-stand (temperatur og trykk). Slike støtter må kunne bidra til at bøyningspåkjenninger på skipstanken reduseres til minimum. Varme-overføring mellom tanken og støttene må være minst mulig.

Skipstanker for transport av kryogene væsker er kjent

i forskjellige utførelser og med støtteanordninger av forskjellige typer. I U.S. patent 3 314 567 er av segmenter oppbyggede tanker beskrevet som er utstyrt med integrale bunnstøtter og side-støtter for anlegg med plane støtteflater. Skipstanker med integrale bunnstøtter for anlegg med en plan bunn er også omtalt i US patent 3 528 582. I fransk patent 69 45237 er det beskrevet

en skipstank i segmentutførelse anordnet i et skipsskrog med kile-formede bunnstøtter og sidestøtter som er innrettet til å gripe

inn i forsenkninger som dannes av skjøtene mellom tankens seg-mentflater. Støttene strekker seg i skipets lengderetning.

Hensikten med oppfinnelsen er å tilveiebringe en skipstank av den innledningsvis nevnte art som kan utføres noe lettere og mindre stiv og dermed billigere enn de tidligere kjente konstruksjoner som hverken var utstyrt med bunnstøtter eller topp-støtter eller bare med bunnstøtter.

Skipstanken ifølge oppfinnelsen utmerker seg ved at bunnstøttene omfatter med på toppen med not forsynte elementer som er i glidbart inngrep med bunninnsatsenes bunnarmer og tillater ekspansjon av tanken i horisontalretningen, og at toppstøtte-ne er anordnet i avstand over toppen av tanken og har nedad forlø-pende partier som griper i forsenkninger i tankens topp dannet ved skjøtene mellom tilstøtende segmenter og som omfatter støtte-elementer som også tillater relativt horisontal glidebevegelse. Hensiktsmessig plassering av toppstøtter i tillegg til bunnstøtte-ne forhindrer tanken i å deformere seg sideveis uten at tankens platemateriale er så tykt at tanken får tilstrekkelig egenstivhet i sideretningen. Derfor kan materialtykkelsen reduseres. Utfø-relsen ifølge oppfinnelsen gjør det mulig at sidestøtter kan sløy-fes. Anordningen av sidestøtter er adskillig mer komplisert enn av toppstøttene ved skipstanken ifølge oppfinnelsen. Dette vil fremgå klart av f.eks. US patent 3 314 567 eller det britiske patent 1 050 954.

Oppfinnelsen skal forklares nærmere nedenfor ved hjelp av eksempler og under henvisning til tegningene, hvor: Fig. 1 er et skjematisk perspektivriss av en skipstank med et parti av samme skåret bort og med endeveggene bestående av kupler. Fig. 2 er et detaljriss og viser hvordan tanken ifølge fig. 1 fremstilles, fig. 3 er et perspektivriss av en bunn-støtte for tanken, fig. 4 viser bunnstøtten ifølge fig. 3 tildels i tverrsnitt, og fig. 5 viser en toppstøtte for tanken.

Tanken ifølge fig. 1 er innrettet til montering i et skip for transport av flytendegjort naturgass ved et trykk på 5

til 10 atm. hvilket reduserer den nødvendige nedkjøling (-115°C

til -135°C) sammenlignet med transporten av flytendegjort naturgass ved atmosfærisk trykk (-161°C). Når tanken er montert i et skip, vil den være en av en rekke tanker anordnet i skrogets las-teroii, og tankene ved baugen og akterenden er tilspisset.

Tanken er fremstilt av stål med 9% nikkel og har stort sett rektangulært tverrsnitt. Tankens mantel omfatter topp-, bunn-og langsgående sidevegger sammensatt av utad konvekse parallelle sylindersegmenter 11 som forløper horisontalt fra tankens ene en-de til den andre. Selv om den viste tank bare har fire sylindersegmenter i bredden og tre i høyden eller dybden, er det å forstå at tanken i praksis kan ha et større antall sylindersegmenter. Segmentene kan strekke seg over en bue på omtrent 65°, bortsett fra hjørnesegmentene lia som er bygget på meget større buer på omtrent 155° for sammenskjøting av tankens sidevegger med toppen og bunnen. Tankens endevegger er sammensatt av kupler 12 med ' kvadratisk basis med delvis sfæriske skjøtepartier (knuckles) 12a som avslutter tanksidenes segmenter, toppen og bunnen ved tankendene. Alle segmenter, kupler og skjøtepartier har samme krumnings-radius og i den viste tank er modulstørrelsen, dvs. kordlengden for hvert segment (bortsett fra hjørnesegmentene) den samme for alle fire lengdevegger. For en tilspisset tank ved baugen eller akterenden vil imidlertid modulstørrelsen variere langs tankens lengde.

Ved eller i segmentenes skjæringsplan, dvs. skjøtene mellom etterfølgende segmentbuer, er indre bindeplater festet i horisontale og vertikale parallelle rekker 13,14 som forløper i tankens lengderetning og derved deler tankens indre i et flertall langsgående celler eller firkantede avdelinger 15. Den fullsten-dige konstruksjon er sveiset ved hver skjæring og langs hver skjøt mellom segmentene, slik at mantelsidene er forankret på tvers ,eller sideveis og mantelens topp og bunn er forankret i hverandre i vertikalretningen. De indre plater er ved endene også forbundet med skjøtene mellom kuplene, slik at tankens ender også er forankret i hverandre i lengderetningen. De aksiale avdelinger som er dannet i tanken må være forbundet med hverandre slik at fluidum kan passere under lasting og lossing og av andre grunner og dette er oppnådd ved hjelp av ovale eller på annen måte avrundede åp-ninger i nærheten av endene av alle bindeplater 13,14 i områdene hvor hovedspenningene avtar til lavere verdier slik at det ikke er nødvendig med utkompensering for åpningene.

Fig. 2 illustrerer fremstillingsmåten for tankkonstruk-sjonen. Langs skjæringene for de horisontale og vertikale bindeplater 13,14 er skjøtene fremstilt ved sveising av skjøtestykker 16 med mer eller mindre korsformet tverrsnitt. Skjøtestykker 17 med stort sett Y-formet tverrsnitt er benyttet for fremstilling av sveisede skjøter mellom bindeplatene og tankmantelens segmenter 11 og disse skjøtestykker er større enn de førstnevnte. På steder hvor de ytre tankstøtter skal komme i anlegg med tanken langs skjøtene mellom segmentene, hvilket skal forklares nærmere nedenfor, benyttes korsformede skjøtestykker 17a istedenfor de Y-formede skjøtestykker 17, og for bunnskjøtestykkene er sidearmene 17b i skjøtestykkene 17a anordnet hellende nedover i samme vinkel som armene i skjøtestykkene 17 heller oppover, slik at disse passer til kantpartiene av segmentene. Den viste konstruksjon tillater fri adkomst til begge sider av alle sveiser og sikrer 100%-ig sveisgjennomtrengning uten bakplater og letter etterfølgende radio-graf isk kontroll av sveisene. Hvis vinkelen for segmentbuene økes over 70%, vil adkomsten til sveisene bli mer vanskelig.

Som allerede nevnt strekker de indre plater seg til skjæringene mellom de delvis sfæriske kupler 12 med firkantet basis ved tankens ender og det er viktig at den indre avstivning forløper kontinuerlig fra tankens ene ende til den andre. Tank-konstruksjonen tillater således at hele trykket opptas som strekkspenninger i tankmantelen og i den indre avstivningskonstruksjon. Når man betrakter et langsgående segment, er kraften aom innvirker på segmentet, avhengig av segmentets radius og tankens innertrykk. Denne kraft opptas av bindeplatene som strekker seg langs tanken og som er direkte påkjent på strekk. Tanken utsettes således ik-ke for noen bøyespenninger.

Tilsvarende betraktninger gjelder for tankens endepartier. Be-lastningen som skal opptas av en kuppel, er trykkraften som innvirker på arealet dekket av en kuppel og kraften opptas av de langsgående bindeplater som er forbundet med vedkommende»kuppel.

De indre plater som forløper i lengderetningen opptar hovedbelastningen fra toppen mot bunnen hhv. fra side mot side. I lengderetningen opptas imidlertid endebelastningen av de vertikale og horisontale plater i fellesskap og likeså av topp- og bunn-sidesegmentene med omtrent halvparten av den i tverretningen vir-kende påkjenning. Som følge av den resulterende konstante energi-spredningseffekt er hovedspenningen i alle plater og segmenter redusere med s</><7>/ T og den nødvendige tykkelse er redusert tilsvarende .

Vekten av tanken som er bygget opp som forklart, kan være mindre enn en konvensjonell sfærisk eller sylindrisk tank for samme trykk og samme kapasitet. I det foreliggende tilfelle opptas belastningen av den indre konstruksjon, mens det er mantelen som opptar påkjenningene i en konvensjonell tank. Mens man ved en konvemsjonell tank må ta hensyn til toleranser og overdi-mensjonering av tykkelsen, er dette ikke nødvendig for den indre konstruksjon i tanken. Som allerede nevnt jo mindre segmentenes radius og kuplenes radius er, desto mindre kan mantelens tykkelse bli. En stor fordel ved tynnere plater er at den nødvendige svei-sedybde som kreves kan reduseres.

For fremstilling av en tilspisset tank som skal passe til skipets skrog ved endepartiet hvor tverrsnittet er redusert, er det for tanksegmentene. som forløper i skipets lengderetning bare nødvendig suksessivt å redusere buelengden for segmentene mens segmentradien holdes konstant.

I en typisk konstruksjon kan de indre plater f.eks. være 11 mm tykke og mantelplatene 7 mm tykke. En slik tank kan konstrueres slik under hensiktsmessig valg av de relative plate-tykkelser at det blir forskjellige spenningsnivåer i de indre plater og i mantelen. Det er i visse tilfelle fordelaktig å ha et lavere spenningsnivå i mantelen enn i den indre avstivning. For denne spesielle konstruksjon benyttes nikkelstål som bygningsme-tall, men andre passende legeringer kan også brukes.

En særlig fordel ved de indre plater er at de i en tank for transport av væsker eliminerer problemet med skvalping av væsken i tanken, slik at faren for overlagring (forskyvning)

av lasten elimineres.

I en konstruksjon ifølge eksemplet inneholder tanken LNG-gass ved temperatur -120°C og trykk 7,7 kg/cm . Maksimalt tanktrykk ved toppen ble 8,61 kg/cm 2, gjennomsnittstrykk 9,38 kg/cm<2> og ved bunnen 10,08 kg/cm<2>. Alle plater kan være 10 mm tykke bortsett fra kuplene og skjøtepartiene, slik at man får en vekt på 1800 tonn og 40 000 m<3> i lastvolum.

Tankens endepartier kan være bygget opp av sylindersegmenter istedenfor kupler. I en slik konstruksjon har tankens ene ende vertikale segmenter og tankens andre ende horisontale segmenter, men det foretrekkes en anordning med horisontale segmenter holdt sammen ved hjelp av horisontale plater med redusert tykkelse. I en slik konstruksjon vil de langsgående segmenter og endesegmentene møte hverandre i T-skjøtepartier og det trenges spesielle skjøtestykker ved tankens kanter for tilveiebringelse av disse skjøter. Ved denne anordning unngås at endesegmentene må følge med hovedplatens spenninger og det er mulig at de vertikale plater kan være lukket ved bunnen for økning av skipets stabilitet med partiallast. Anordningen er noe tyngre enn med kuppelformede ender, men er enklere å fremstille.

En slik tank er frittstående, har meget stor styrke og stivhet i lengderetningen og støtte fra bunnen og dessuten stabi-liserende støtter ved sidene og/eller toppen uten at tanken utsettes for vesentlige bøyebelastninger.

Fig. 3 og 4 viser bunnstøtten for tanken ifølge fig.

1 og 2. En solid skinne 20 med stort sett trekantet tverrsnitt strekker seg på langs av skipet og understøttes med mellomrom av A-formede rammer 21 av stål som skinnens 20 bunnkant er sveiset til. Skinnens toppkant er forbundet med den nedre arm av det respektive skjøtestykke 17a ved tankbunnen. Hvis en not-og-fjær forbindelse benyttes, vil denne tillate sammentrekning og utvidelse i lengderetningen for tanken, men en sveiset forbindelse er og-så mulig forutsatt at den relative bevegelse mellom tanken og skroget opptas på en annen måte. Hver ramme 21 har en basisplate 22 som er festet til en langsgående varmeisolerende blokk 23 av hardved, f.eks. komprimert tremateriale som er impregnert med syn-tetisk harpiks og som er festet til skipsskrogbunnens tanktopp 24 ved hjelp av knekter 25.

I sideretningen er tanken fast og stiv fordi tanksegmentene er i seg selv tilstrekkelig fleksible til å oppta utvidelse og sammentrekning av tanken. Om ønsket kan denne utforming av støttene anordnes for å tillate utvidelse og sammentrekning i lengderetningen uten at tankens bevegelser overføres til skipets tanktopp ved at det benyttes avlange hull for forankringsboltene. Et visst overheng kan tillates om ønskelig ved tankendene fordi tanken er fleksibel i tverretningen, men ytterst sterk og stiv i lengderetningen.

For at skipsskrogets fleksibilitet ikke skal bibringe tanken bøyepåkjenninger, er hydraulisk tette puter eller polstringer 26 anordnet mellom skipets tanktopp 24 og hardvedblokkene 23.

Om nødvendig kan støtter av lignende type anordnes på sidene av tankene. Disse skal imidlertid bare virke avstivende og behøver ikke å tilveiebringe en stiv forbindelse mellom tanken og skroget fordi tanken vil motvirke en slik forbindelse under kjøling. Fortrinnsvis har tanken sidestøtte tilveiebragt ved toppstøtter av den type som er vist på fig. 5. Disse toppstøtter 27 ligner bunnstøttene, men er snudd opp ned og har fjær-og-not forbindelser 28 som tillater relativ vertikal bevegelse. Det er ikke nødvendig å sikre noen relativ bevegelse mellom støttene 2 7 og skipets dekk 28 og det er heller ikke nødvendig med hydrauliske polstringer.

Ved bunnhjørnene av en tank som forløper i lengderetningen kan krumme hjørnesadler være anordnet for å oppta overhengbelastningen og hver sadel bæres av skipsskroget på to V-formede rammer plassert nær sadelens ender. Slike hjørnesadler danner si-debegrensninger og bærer vekten fra de partier som henger utover hovedbunnstøttene. En annen måte å oppta overhengbelastningen på, er lokal avstivning av de indre horisontale plater. Dette kan væ-re nødvendig på grunn av tankens fleksibilitet i tverrplanet. Hvis bunnstøttene ikke er sveiset til tanken, er en måte å sikre at tanken ikke forskyves i sin helhet i skipets lengderetning, å anordne på bunnstøttene oppadbøyde anslag for anlegg med tankens ender.

Når tanken er montert på den forklarte måte, kan den isoleres ved hjelp av blokker av sprøytet plastisolasjon festet på alle plater av det omsluttende lasterom. Det er fordelaktig anordnet mellomrom på alle steder mellom isolasjonen og-tanken, slik at adkomsten til tanken blir lett.

I tanker ifølge oppfinnelsen er ikke bare alle påkjen-ninger overveiende i form av strekkspenninger, men påkjenningene i platene og segmentene er stort sett like og segmentenes fleksibilitet i fellesskap opptar lett tankens sammentrekning og utvidelse og de vertikale hovedbelastninger utsetter ikke tanken for noen bøyespenninger. I noen tilfelle kan det være fordelaktig å ha større spenninger i de sentrale plater enn i segmentene.

Selv om tilfellet med segmentene i de langsgående veg-ger og de indre tunneller eller avdelinger forløpende vertikalt ikke har vært særlig omtalt ovenfor, dreier det seg om en konstruksjon som har visse fordeler, særlig med hensyn til understøttelse fordi en slik tank krever bare sveisede bunnstøtter.

Claims (5)

1. Skipstank for lagring og transport av fluider under trykk, og som har en bunnvegg, en toppvegg og sidevegger bestående av like store parallelle segmenter (11) med utad konveks, delsylindrisk form og endevegger bestående av like store konvekse veggelementer og med et indre rammeverk av bindeplater som skjærer hverandre vinkelrett og forbinder motsatte veggers segmentskjøter, hvor skjøtene mellom bunnsegmentene og rammeverket er dannet ved bunninnsatser med et tverrsnitt som har vertikale topp- og bunnarmer og nedad hellende sidearmer, og skjøtene mellom toppveggsegmentene og rammeverket er dannet ved toppinnsatser med et tverrsnitt med vertikale bunnarmer.og oppad hellende sidearmer, og hvor bunnstøtter er anordnet med øvre partier som er i inngrep med bunninnsatsenes bunnarmer, karakterisert ved at bunn-støttene omfatter med på toppen med not forsynte elementer (20) som er i glidbart inngrep med bunninnsatsenes (17a) bunnarmer og tillater ekspansjon av tanken i horisontalretningen, og at topp-støttene (27) er anordnet i avstand over toppen av tanken og har nedad forløpende partier som griper i forsenkninger i tankens topp dannet ved skjøtene mellom tilstøtende segmenter (11) og som omfatter støtteelementer (28) som også tillater relativt horisontal glidebevegelse.

2. Tank ifølge krav 1, karakterisert ved at topp-støttene omfatter trekantformede rammer (27) som er festet til undersiden av skipets dekk (281) og omfatter støtteelementer (28) som i bunnen er forsynt med not som glidbart griper om armer som er anordnet på noen av toppinnsatsene (17).

3. Tank ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at bunnstøttene er i form av opprettstående ribber eller A-formede rammer (21) som strekker seg i bredde- eller lengderetningen av tanken.

4. Tank ifølge krav 1,2 eller 3, karakterisert ved at bunnstøttene omfatter hydrauliske innretninger, såsom for-seglede hydrauliske puter (26),

5. Tank ifølge et av kravene 1-4, karakterisert ved at de i lengderetningen forløpende bunnstøtter har oppadbøyde fremspring eller utvidelser som hindrer tankens bevegelser i lengderetningen.